隧道巖溶突水涌泥原因及處理策略

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【摘要】隧道工程在受到復(fù)雜地質(zhì)條件影響下，極容易導(dǎo)致隧道巖溶突水涌泥等問題的發(fā)生。現(xiàn)階段，要加強(qiáng)對隧道巖溶突水涌泥原因與形成機(jī)理的分析，并采取針對性處理措施，提高隧道工程的整體施工質(zhì)量。本文首先對突水涌泥的危害、成因做出分析，并結(jié)合工程案例對該問題的處理策略進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】巖溶隧道；突水涌泥；原因；處理策略

引言

在進(jìn)行鐵路、公路等工程的建設(shè)期間，經(jīng)常會(huì)遇到巖溶突水涌泥問題。對于突水問題而言，主要是指水流量超過了0.1m3/s，涌泥指的是地下水中泥沙的含量大于50%。一旦工程建設(shè)過程中發(fā)生突水涌泥問題，不僅會(huì)對周圍環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的污染，同時(shí)還會(huì)威脅到施工人員的生命安全。因而，巖溶隧道建設(shè)前期要加強(qiáng)地質(zhì)水文勘察，并積極做好風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，加強(qiáng)對突水涌泥等病害的防治效果。

1突水涌泥的影響因素與危害性分析

1.1突水涌泥問題的影響因素

一般來說，導(dǎo)致巖溶隧道施工期間發(fā)生突水涌泥問題的因素主要有兩方面：自然因素、技術(shù)因素。對于自然因素而言，隧道所處的地質(zhì)環(huán)境、埋深、長度以及地震、暴雨等因素，都可能導(dǎo)致突水涌泥問題的發(fā)生。另外，技術(shù)因素主要是指勘察、設(shè)計(jì)、施工技術(shù)的不合理應(yīng)用，可能會(huì)對巖溶隧道的突水涌泥問題產(chǎn)生一定的影響。

1.2突水涌泥的危害性分析

巖溶突水涌泥問題的發(fā)生，將對隧道的正常施工與后期運(yùn)營產(chǎn)生極為不利的影響。首先，巖溶隧道施工時(shí)，出現(xiàn)突發(fā)性突水涌泥現(xiàn)象的概率較高，由于突水量大，水中含有大量的泥沙，因而會(huì)對施工人員的生命與財(cái)產(chǎn)安全造成威脅，同時(shí)還存在著設(shè)備沖毀的危險(xiǎn)。其次，由于突水涌泥過程中會(huì)帶走大量的泥沙，使得土體內(nèi)部的空洞區(qū)域越來越大。在受到重力作用的影響下，地表可能出現(xiàn)沉降或塌陷問題。此外，隨著突水量的不斷增大，隧道附近區(qū)域的地下水位、地表水位將可能出現(xiàn)下降的問題。另外，在突水過程中，施工現(xiàn)場大量的泥漿等物質(zhì)將會(huì)被水流帶走，進(jìn)而會(huì)對周圍環(huán)境產(chǎn)生一定的污染。突水涌泥還可能影響到隧道工程的施工進(jìn)度，導(dǎo)致工程延期等問題的出現(xiàn)。

2突水涌泥發(fā)生條件

①在開展巖溶隧道工程建設(shè)工作時(shí)，由于巖溶水中含有大量的酸堿離子，會(huì)對巖土體產(chǎn)生侵蝕的作用，使得圍巖結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度大大降低。這樣一來，巖土體內(nèi)就容易形成突水涌泥的結(jié)構(gòu)面；②在巖溶區(qū)域，土體內(nèi)部分布著大量的裂隙、裂縫以及節(jié)理構(gòu)造。巖溶發(fā)育期間，會(huì)生成較多的斷層面以及沉積層面，一旦巖溶隧道發(fā)生突水涌泥病害，這些裂隙、斷層面等都將為水體的流動(dòng)提供通道。同時(shí)，在受到巖溶水壓力的影響之下，隧道周圍巖的有效應(yīng)力將發(fā)生變化，巖體會(huì)出現(xiàn)溶蝕軟化問題，這也為突水涌泥問題的發(fā)生提供了便利條件；③在受到較高水壓的影響下，水流量將逐漸增大。這一期間，水壓力將會(huì)轉(zhuǎn)換為水動(dòng)能。隨著巖溶水對隧道圍巖結(jié)構(gòu)的不斷溶蝕，圍巖結(jié)構(gòu)的自身穩(wěn)定性將大大降低，進(jìn)而導(dǎo)致突水涌泥問題的發(fā)生。

3巖溶隧道突水涌泥的處理策略

首先，當(dāng)隧道工程穿越巖溶地區(qū)時(shí)，要加強(qiáng)對地質(zhì)勘察工作的重視，并結(jié)合地勘成果，應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)以及超前探水等方法，做好巖溶地區(qū)的地質(zhì)特征分析，采取預(yù)防性措施確保巖溶隧道施工的有序開展。這一過程中，可以采取跨越、引排、截留等措施，降低巖溶水對隧道施工的不利影響。同時(shí)，還可以采取加固填充、回填夯實(shí)以及地表水疏排等措施，增加巖溶隧道的綜合性處理效果。其次，可以適當(dāng)增大注漿區(qū)域的長度、提升漿體的強(qiáng)度，或者添加一定的摻加劑，來增加突水涌泥區(qū)域的處理效果。如果隧道需要穿越采空區(qū)，要結(jié)合采空區(qū)的大小、分布狀況以及采空區(qū)的積水、深度、上覆巖層狀況，合理選用加固、排水、回填等處理措施，降低突水涌泥問題對隧道施工、運(yùn)營產(chǎn)生的危害。另外，還要結(jié)合施工現(xiàn)場的地質(zhì)水文狀況，并針對施工期間的人員、設(shè)備安排情況，建立完善的應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案。一旦隧道施工期間出現(xiàn)突發(fā)性突水涌泥事故，要在最短的時(shí)間內(nèi)展開應(yīng)急救援活動(dòng)，降低突水涌泥事故對人員、設(shè)備產(chǎn)生的破壞。各部門應(yīng)明確自身的職責(zé)，并做好應(yīng)急資源的儲(chǔ)備與安放，參與施工的各方人員要有強(qiáng)烈的事故防范意識(shí)，具備相應(yīng)的自救意識(shí)與能力。

4案例分析

4.1工程概況

某深埋特長隧道工程的長度達(dá)到了11068m，隧道的相對高差達(dá)到了900m。施工區(qū)域內(nèi)分布著向斜、背斜等地質(zhì)構(gòu)造，在向斜區(qū)內(nèi)，存在著嚴(yán)重的地層斷裂問題?？辈熨Y料表明，巖溶隧道所要穿越的區(qū)域，其巖性主要以灰?guī)r、瀝青質(zhì)灰?guī)r為主。另外，施工區(qū)域還分布著大量的泥巖、砂巖以及白云巖等地層。其中，可溶性灰?guī)r地層的長度達(dá)到了7100m。

4.2突水涌泥的原因分析

①由于該巖溶隧道需要穿越巖溶侵蝕較為嚴(yán)重的區(qū)域，并且該區(qū)域的地表存在著大量的巖溶洼地，相鄰?fù)莸刂g分布著較多的槽谷，為突水涌泥等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供了便利條件；②勘察資料表明，隧道圍巖附近主要以中風(fēng)化灰?guī)r為主，呈現(xiàn)出層狀、碎裂狀。巖溶隧道施工期間，由于大量機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用，對溶洞產(chǎn)生了較大的擾動(dòng)，使得原有地下水循環(huán)系統(tǒng)受到破壞，進(jìn)而引發(fā)了突水涌泥問題。

4.3處理策略

在突水涌泥病害發(fā)生之后，如果采用簡單的排堵水處理措施，將造成地下水循環(huán)系統(tǒng)受到一定的破壞，進(jìn)而加劇突水涌泥問題。鑒于此，工程施工期間應(yīng)采用“防、排、堵、截”等多種綜合性措施加強(qiáng)對突水涌泥問題的處置。（1）在進(jìn)行巖溶隧道裂縫水發(fā)育地段的開挖工作時(shí)，主要使用徑向注漿和補(bǔ)漿的方式，加強(qiáng)對突水涌泥問題的治理。同時(shí)，工程中使用了小導(dǎo)管注漿技術(shù)對突水涌泥通道進(jìn)行了封堵。這樣一來，能夠有效減輕巖溶隧道施工期間存在的水土流失問題。（2）針對該巖溶隧道的具體地質(zhì)與水文情況，采取了綜合性的治理措施，在巖溶洞內(nèi)利用排水泵進(jìn)行排水。在洞內(nèi)進(jìn)行了蓄水坑、蓄水池的開挖，通過逐級(jí)排水的方式降低突水涌泥問題的危害。在本工程中，隧道內(nèi)每隔50m就開挖1個(gè)蓄水坑。在每隔100m的范圍內(nèi)，開挖1個(gè)大型的蓄水池。排水期間，首先借助排水泵將蓄水坑中的水匯集到蓄水池中，之后再集中將蓄水池中匯集的水排放到巖溶隧道外。由于巖溶發(fā)育狀態(tài)有著較強(qiáng)的復(fù)雜性和不確定性，施工期間要針對現(xiàn)場的實(shí)際情況做好調(diào)整，并加強(qiáng)地質(zhì)預(yù)報(bào)等工作，為巖溶隧道的順利施工提供幫助。其中，圖1為工程中超前鉆孔布置圖。（3）在本工程中，DK358＋900到DK359＋500段由于受到施工機(jī)械擾動(dòng)作用的影響，使得突水涌泥災(zāi)害發(fā)生的概率大大增加。具體施工期間，主要采用以下措施加以防范和治理：一方面，巖溶隧道的襯砌結(jié)構(gòu)選用的是S-Ⅳa襯砌形式。另一方面，使用洞渣等材料對軟塑巖土體表面進(jìn)行了回填，回填厚度達(dá)到了2m。針對DK358+900位置處可能發(fā)生的突水涌泥問題，施工期間在拱部范圍設(shè)計(jì)了超前小導(dǎo)管，并利用6m的熱軋無縫鋼管（前端呈錐形）進(jìn)行排水，導(dǎo)管的外徑為6cm。此外，由于在DK359+500位置處存在著大量的裂縫發(fā)育問題，使得巖體的穩(wěn)定性大大降低。再加之長時(shí)間的雨水滲透，使得右側(cè)和拱頂處存在著大量的地下滲水，導(dǎo)致了初期支護(hù)結(jié)構(gòu)受擠壓變形。為解決這一問題，施工期間對此地段的加固采用了S-VC型襯砌。同時(shí)，從隧道的右側(cè)拱腳到左側(cè)拱腰位置處，使用環(huán)向、斜向注漿加固的方式進(jìn)行處理。這一過程中，加固區(qū)域的長度為4.5m，加固期間使用鋼花管進(jìn)行注漿。鋼花管采用梅花狀布設(shè)方式，縱向的間距是0.5m，環(huán)向間距為0.8m。施工環(huán)節(jié)中，還使用超前大管棚與鋼架對拱墻進(jìn)行了支護(hù)。所使用的管棚長為28m，準(zhǔn)=108mm，管棚的環(huán)向間距設(shè)計(jì)為0.45m。在開展初期支護(hù)工作時(shí)，加強(qiáng)了對施工現(xiàn)場變形與突水問題的監(jiān)測，并及時(shí)進(jìn)行了二次襯砌結(jié)構(gòu)的施工。在二次襯砌施工結(jié)束之后，利用土石回填的方式，對巖溶隧道的洞口最上部位置進(jìn)行處理。

5結(jié)束語

在進(jìn)行巖溶地區(qū)隧道工程的施工建設(shè)工作時(shí)，導(dǎo)致隧道突水涌泥的因素有很多，隧道突水涌泥往往是多種因素綜合作用的結(jié)果。因而，工程施工期間，要加強(qiáng)對施工區(qū)域的地質(zhì)水文勘測工作，并結(jié)合勘測結(jié)果制定突水涌泥災(zāi)害的防治措施。具體施工過程中，要采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)等措施，加強(qiáng)對施工區(qū)域地質(zhì)狀況的了解，并結(jié)合施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，積極做好突水涌泥事故的處理。

參考文獻(xiàn)

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[2]許模.巖溶管道充填物結(jié)構(gòu)特征及成因分析[J].人民黃河，2017（4）：144-146.

作者：李繼鋒 單位：重慶南江工程勘察設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司